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  生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀可精確檢測(cè)土壤,、水、大氣氣體,、植物,、堆肥和可生物降解廢物等樣品的耗氧、二氧化碳產(chǎn)量和產(chǎn)熱量等,，是目前基于呼吸計(jì)法（Respirometry）測(cè)量堆肥,、無土栽培生長(zhǎng)基質(zhì)穩(wěn)定性、廢物材料生物降解性,，評(píng)估現(xiàn)有和新生長(zhǎng)培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的最合適工具（Thomas J. Aspray et al., 2015,；Newman, S et al., 2023）。

  該系統(tǒng)主要由高端的呼吸代謝氣體分析儀（氧氣,、二氧化碳,、水汽、備選甲烷等）,、8-16通道（或更多通道）的多功能氣路切換器與高量程氣流分流器,、高精度氣流發(fā)生控制器,、干燥器,、數(shù)據(jù)采集器、專業(yè)版軟件等組成,，可選配溫控箱,、電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x、離子化學(xué)分析儀等,。

系統(tǒng)特點(diǎn)

• 英國(guó)堆肥行業(yè)使用的“真正的動(dòng)態(tài)”呼吸測(cè)試儀DR4（Thomas J. Aspray et al., 2015）,，空氣擴(kuò)散到樣品提供足夠的氧氣而非ORG0020僅通過腔室頂部空間。
• 曝氣速率可自定義調(diào)節(jié),，為相對(duì)高活性/低穩(wěn)定性的樣品提供足夠的曝氣,。
• 源自標(biāo)準(zhǔn)方法的呼吸測(cè)定技術(shù)，高精度高分辨率,，可鑒定不同生長(zhǎng)培養(yǎng)基之間微生物穩(wěn)定性的差異
• 全自動(dòng)化,，可選配標(biāo)準(zhǔn)8通道、16通道,，或擴(kuò)展更多通道
• 可根據(jù)測(cè)試樣品量選擇不同大小和材質(zhì)的呼吸室,，兼容性和擴(kuò)展性強(qiáng)

應(yīng)用方向

• 無土栽培、植物工廠,、植物表型
• 堆肥,、生長(zhǎng)基質(zhì)穩(wěn)定性測(cè)試研究、植物營(yíng)養(yǎng)
• 土壤呼吸、土壤碳通量及土壤動(dòng)物呼吸代謝
• 農(nóng)業(yè),、園藝,、草坪種植者、園林綠化,、土壤攪拌和土地修復(fù),、環(huán)境保護(hù)
• 生物降解基礎(chǔ)研究、飼料發(fā)酵,、生物基材料生產(chǎn)企業(yè)自檢及配方優(yōu)化等

技術(shù)指標(biāo)

1. 氧氣分析測(cè)量?jī)x：燃料電池原理氧氣傳感器,，溫度、壓力補(bǔ)償,； 量程0-100%（用戶可自定義設(shè)置5個(gè)級(jí)別）,，精度0.1%（O2濃度2-100%時(shí)）；分辨率0.0001%O2,，漂移< 0.01%每小時(shí)（溫度恒定情況下）,；響應(yīng)時(shí)間小于7秒；24小時(shí)漂移低于0.01％,；
2. 二氧化碳分析測(cè)量?jī)x：雙波長(zhǎng)無色散紅外氣體分析器,，量程0-5%（用戶可自定義設(shè)置9個(gè)級(jí)別，可定制其他量程）,；精度為讀數(shù)的1%,，分辨率0.0001%（1ppm）；漂移<0.001%每小時(shí)（溫度恒定情況下）,；響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒,；24小時(shí)漂移低于0.002％；20分鐘噪音< 1 ppm RMS,；
3. RH-300水汽測(cè)量?jī)x（備選）：薄膜電容原理,，量程0-100%RH，精度1%,，分辨率0.001%RH,；露點(diǎn)溫度量程-40到40℃，精度0.5℃,，分辨率0.002℃,；水蒸氣密度量程0-10ug/ml，分辨率0.0001ug/ml,；水汽壓量程0-20000Pa,，分辨率0.01Pa（0-1000Pa時(shí)）；漂移<0.01%RH每小時(shí)（溫度恒定情況下）,；
4. 甲烷分析測(cè)量?jī)x（備選）：雙波長(zhǎng)紅外技術(shù),，氣壓補(bǔ)償,，測(cè)量范圍0-10%；可選配高靈敏度激光氣體檢測(cè)甲烷分析儀,，分辨率1ppm,；精確度1%；適用氣流5-2000ml/分鐘,；噪音小于3ppm,，漂移低于0.002%每小時(shí)（溫度恒定情況下）；溫度測(cè)量精度0.2℃,，分辨率0.001℃,；大氣壓測(cè)量分辨率0.0001kPa，精度為讀數(shù)的1%,；
5. 氣路轉(zhuǎn)換器：8個(gè)氣路通道（包括一個(gè)Baseline通道）自動(dòng)切換或手動(dòng)切換均支持,；可多臺(tái)組合成16通道或24通道；反應(yīng)時(shí)間<50毫秒,；支持push或pull兩種氣流方向,；支持stop ?ow或?ow-through兩種氣路切換模式；
6. 氣流分流控制器：流速范圍0-2000毫升/分鐘或0-5000毫升/分鐘,，分辨率1毫升/分鐘,，自動(dòng)補(bǔ)償溫度和壓力，并產(chǎn)生 STP 流速,，精度2%,；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：12個(gè)信號(hào)輸入通道，其中8個(gè)模擬輸入通道可以測(cè)量-5.12V到+5.12V的電壓信號(hào),，16bits數(shù)模轉(zhuǎn)換,；4個(gè)溫度輸入專用通道專門連接溫度傳感器,，溫度測(cè)量范圍-5到60℃,；2個(gè)模擬信號(hào)輸出通道，0-5V,，12位分辨率,；1個(gè)16bits計(jì)數(shù)器；

7. 標(biāo)配500毫升玻璃呼吸室,，可選擇其它材質(zhì)或定制體積的呼吸室等,。

應(yīng)用案例

• 英國(guó)開放大學(xué)科研人員使用SSI呼吸代謝系統(tǒng)構(gòu)建的堆肥生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀測(cè)量五種無土栽培生長(zhǎng)基質(zhì)（分別為厭氧沼渣纖維AD、樹皮BC,、椰殼纖維CR,、木纖維WF和綠色堆肥GC）在有氧條件下單一材料的微生物活性、水分對(duì)測(cè)試的影響,、添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)測(cè)試的影響,、以及不同生長(zhǎng)基質(zhì)混合的交互作用影響等,，研究結(jié)果發(fā)表在2023年的國(guó)際《Horticulturae 》雜志。

    呼吸儀示意圖（引自Newman, S et al. Using Respirometry to Investigate Biological Stability of Growing Media in Aerobic Conditions. Horticulturae, 2023）

單一生長(zhǎng)基質(zhì)材料的CO2產(chǎn)量,，CO2的產(chǎn)生速率（a）,；累積CO2產(chǎn)量（c）; (b)和(d)為水平曲線之間數(shù)據(jù)的可視化放大圖

  研究結(jié)果，該動(dòng)態(tài)呼吸測(cè)定法是評(píng)估現(xiàn)有和新生長(zhǎng)培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的合適工具,。使用源自標(biāo)準(zhǔn)方法的呼吸測(cè)定技術(shù),，成功鑒定了不同生長(zhǎng)培養(yǎng)基之間微生物穩(wěn)定性的差異。此外,，通過模擬真實(shí)可復(fù)制的條件,，該技術(shù)可以通過添加額外微生物或其它要素生產(chǎn)新的生長(zhǎng)基培養(yǎng)物。

參考文獻(xiàn)

Thomas J. Aspray et al., Static, dynamic and inoculum augmented respiration based test assessment for determining in-vessel compost stability,Waste Management,Volume 42,2015,Pages 3-9,ISSN 0956-053X, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.04.027.

Newman, S.; Alexander, P.; Bragg, N.; Howell, G. Using Respirometry to Investigate Biological Stability of Growing Media in Aerobic Conditions. Horticulturae 2023, 9, 1258. https://doi.org/10.3390/horticulturae9121258